一、什么是PCT加速老化試驗箱？

PCT加速老化試驗箱，全稱為壓力鍋蒸煮試驗箱 或飽和蒸汽試驗箱。它是一種利用高溫、高濕、高壓力環境，來加速材料吸濕、腐蝕、分層等失效現象的可靠性測試設備。

其核心目的是在極短的時間內，模擬出產品在自然環境下長時間（數月甚至數年）才會出現的因濕氣滲透而導致的故障，從而快速評估產品的耐濕可靠性、封裝質量及壽命。

二、工作原理與加速理論

1. 基本原理

PCT試驗基于飽和蒸汽原理。在密閉的壓力容器內，通過加熱純水（DI水）產生飽和水蒸氣。根據道爾頓分壓定律和克勞修斯-克拉貝龍方程，在壓力固定的情況下，溫度與濕度存在對應關系。在PCT試驗中，通過增加壓力來提高容器內的溫度，從而創造出遠超100°C的飽和濕度環境（100% R.H.）。

• 關鍵點：在標準大氣壓下，最高溫度只能達到100°C（水的沸點）。但在加壓環境下，水的沸點會升高。例如，在2個大氣壓（約0.2 MPaG）下，飽和蒸汽溫度可達約120-130°C。

2. 加速因子（AF）

PCT的加速效果非常顯著，其加速因子通常通過佩克方程 來估算：

AF = (RH_test / RH_use)^n * exp[ (E_a / k) * (1/T_use - 1/T_test) ]

其中：

• AF： 加速因子（例如，AF=100代表測試1小時相當于自然環境下100小時）。

• RH_test： 測試環境濕度（PCT中為100%）。

• RH_use： 使用環境濕度（例如 60%）。

• E_a： 失效反應的活化能（eV），與材料有關（通常取0.7-0.9eV）。

• k： 玻爾茲曼常數。

• T_use： 使用環境溫度（絕對溫度K）。

• T_test： 測試環境溫度（絕對溫度K）。

簡單來說，溫度和壓力的微小提升，會帶來老化速度的指數級增長。

三、核心結構與系統組成

一臺典型的PCT試驗箱主要由以下幾個系統構成：

1. 壓力容器（試驗腔體）： 核心部分，通常由耐腐蝕、耐高壓的不銹鋼制成，具有好的氣密性。

2. 加熱系統： 加熱器位于水槽底部，用于加熱產生飽和蒸汽。

3. 加壓系統： 通過壓縮空氣或氮氣為腔體加壓，以達到預設的溫度-壓力曲線。

4. 控制系統： 現代PCT箱采用微電腦PLC或觸摸屏控制器，可精確設定和控制溫度、壓力、時間等參數，并記錄歷史數據。

5. 安全保護系統： 這是至關重要的部分，包括：

• 機械式安全閥： 防止壓力過高。

• 超溫保護器： 防止溫度失控。

• 泄壓裝置： 在緊急情況下手動或自動泄壓。

• 門安全聯鎖： 確保在腔內有壓力時無法打開箱門。

四、主要應用領域

PCT測試廣泛應用于對濕氣敏感的關鍵行業：

• 半導體與IC封裝： 測試芯片封裝體的抗濕氣滲透能力、防止“爆米花效應"（因濕氣快速蒸發導致封裝開裂）。

• PCB/PCBA： 評估線路板、焊點、敷形涂層的耐腐蝕性和附著力。

• LED行業： 測試LED支架、封裝膠、熒光粉等在高溫高濕下的性能衰減。

• 光伏行業： 評估太陽能電池板背板、EVA膜等材料的阻隔性和耐久性。

• 汽車電子： 驗證汽車電子元件在嚴苛環境下的可靠性。

• 軍事與航天電子： 對可靠性要求高的領域，必須進行PCT測試。

五、標準測試條件與流程（示例）

常見的標準測試條件如 JESD22-A102 規定：

• 溫度： 110°C / 121°C / 130°C / 140°C 等（常用121°C）

• 相對濕度： 100% R.H.

• 壓力： 對應溫度下的飽和蒸汽壓（如121°C時約為0.2 MPaG）

• 時間： 24h, 48h, 96h, 168h, 甚至更長。

基本操作流程：

1. 樣品準備： 將樣品放置在樣品架上，不宜過密，確保蒸汽流通。

2. 加水： 向水箱中加入足量的去離子水（DI水），防止水垢。

3. 設置參數： 在控制器上設定溫度、壓力、時間等。

4. 啟動測試： 關閉箱門，啟動程序。設備自動加熱、加壓，達到穩定狀態后開始計時。

5. 測試結束： 程序結束后，設備自動排氣、降溫。必須等待壓力和溫度降至安全范圍后，才能打開箱門！

6. 取出樣品與評估： 取出樣品，在規定時間內（如JEDEC標準要求2小時內）進行后續的電性測試、外觀檢查、切片分析等。

六、注意事項與安全警告

• 高壓危險： PCT箱是高壓容器，絕對禁止在仍有壓力時強行打開箱門，否則會有爆炸風險。

• 高溫燙傷： 測試結束后，腔體和樣品溫度高，需佩戴隔熱手套操作。

• 使用去離子水： 必須使用去離子水或蒸餾水，防止水垢積聚，損壞加熱器和傳感器。

• 定期維護： 定期檢查安全閥、密封圈、水位傳感器等，確保設備處于安全狀態。

• 標準選擇： 測試前需明確依據哪種行業或公司標準（如JEDEC, IPC, MIL-STD），并嚴格按標準設置條件，否則結果沒有可比性。

總結來說，PCT加速老化試驗箱是電子、材料等行業進行可靠性篩選和品質驗證的強力工具。它通過嚴苛的環境條件，快速暴露產品的潛在缺陷，為改進設計和生產工藝提供關鍵數據，是保障產品質量的重要一環。